1.彈簧振子 (1)周期.與振幅無(wú)關(guān).只由振子質(zhì)量和彈簧的勁度決定. (2)可以證明.豎直放置的彈簧振子的振動(dòng)也是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).周期公式也是.這個(gè)結(jié)論可以直接使用. (3)在水平方向上振動(dòng)的彈簧振子的回復(fù)力是彈簧的彈力,在豎直方向上振動(dòng)的彈簧振子的回復(fù)力是彈簧彈力和重力的合力. [例1] 有一彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).則 ( ) A.加速度最大時(shí).速度最大 B.速度最大時(shí).位移最大 C.位移最大時(shí).回復(fù)力最大 D.回復(fù)力最大時(shí).加速度最大 解析:振子加速度最大時(shí).處在最大位移處.此時(shí)振子的速度為零.由F= - kx知道.此時(shí)振子所受回復(fù)力最大.所以選項(xiàng)A錯(cuò).C.D對(duì).振子速度最大時(shí).是經(jīng)過(guò)平衡位置時(shí).此時(shí)位移為零.所以選項(xiàng)B錯(cuò).故正確選項(xiàng)為C.D 點(diǎn)評(píng):分析振動(dòng)過(guò)程中各物理量如何變化時(shí).一定要以位移為橋梁理清各物理量間的關(guān)系:位移增大時(shí).回復(fù)力.加速度.勢(shì)能均增大.速度.動(dòng)量.動(dòng)能均減小,位移減小時(shí).回復(fù)力.加速度.勢(shì)能均減小.速度.動(dòng)量.動(dòng)能均增大.各矢量均在其值為零時(shí)改變方向.如速度.動(dòng)量均在最大位移處改變方向.位移.回復(fù)力.加速度均在平衡位置改變方向. [例2] 試證明豎直方向的彈簧振子的振動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng). 解析:如圖所示.設(shè)振子的平衡位置為O.向下方向?yàn)檎较?此時(shí)彈簧的形變?yōu)?.根據(jù)胡克定律及平衡條件有 ① 當(dāng)振子向下偏離平衡位置為時(shí).回復(fù)力為 ② 將①代人②得:.可見(jiàn).重物振動(dòng)時(shí)的受力符合簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件. 點(diǎn)評(píng):(1)分析一個(gè)振動(dòng)是否為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).關(guān)鍵是判斷它的回復(fù)力是否滿足其大小與位移成正比.方向總與位移方向相反.證明思路為:確定物體靜止時(shí)的位置--即為平衡位置.考查振動(dòng)物體在任一點(diǎn)受到回復(fù)力的特點(diǎn)是否滿足.(2)還要知道中的k是個(gè)比例系數(shù).是由振動(dòng)系統(tǒng)本身決定的.不僅僅是指彈簧的勁度系數(shù).關(guān)于這點(diǎn).在這里應(yīng)理解為是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)回復(fù)力的定義式.而且產(chǎn)生簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力可以是一個(gè)力.也可以是某個(gè)力的分力或幾個(gè)力的合力.此題中的回復(fù)力為彈力和重力的合力. [例3] 如圖所示.質(zhì)量為m的小球放在勁度為k的輕彈簧上.使小球上下振動(dòng)而又始終未脫離彈簧.(1)最大振幅A是多大?(2)在這個(gè)振幅下彈簧對(duì)小球的最大彈力Fm是多大? 解析:該振動(dòng)的回復(fù)力是彈簧彈力和重力的合力.在平衡位置彈力和重力等大反向.合力為零,在平衡位置以下.彈力大于重力.F- mg=ma.越往下彈力越大,在平衡位置以上.彈力小于重力.mg-F=ma.越往上彈力越小.平衡位置和振動(dòng)的振幅大小無(wú)關(guān).因此振幅越大.在最高點(diǎn)處小球所受的彈力越小.極端情況是在最高點(diǎn)處小球剛好未離開(kāi)彈簧.彈力為零.合力就是重力.這時(shí)彈簧恰好為原長(zhǎng). (1)最大振幅應(yīng)滿足kA=mg. A= (2)小球在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)所受回復(fù)力大小相同.所以有:Fm-mg=mg.Fm=2mg [例4]彈簧振子以O(shè)點(diǎn)為平衡位置在B.C兩點(diǎn)之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).B.C相距20 cm.某時(shí)刻振子處于B點(diǎn).經(jīng)過(guò)0.5 s.振子首次到達(dá)C點(diǎn).求: (1)振動(dòng)的周期和頻率, (2)振子在5 s內(nèi)通過(guò)的路程及位移大小, (3)振子在B點(diǎn)的加速度大小跟它距O點(diǎn)4 cm處P點(diǎn)的加速度大小的比值. 解析:(1)設(shè)振幅為A.由題意BC=2A=10 cm.所以A=10 cm.振子從B到C所用時(shí)間t=0.5s.為周期T的一半.所以T=1.0s,f=1/T=1.0Hz. (2)振子在1個(gè)周期內(nèi)通過(guò)的路程為4A.故在t=5s=5T內(nèi)通過(guò)的路程s=t/T×4A=200cm.5 s內(nèi)振子振動(dòng)了5個(gè)周期.5s末振子仍處在B點(diǎn).所以它偏離平衡位置的位移大小為10cm. (3)振子加速度.a(chǎn)∝x.所以aB:aP=xB:xp=10:4=5:2. [例5]一彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng).周期為T(mén) A.若t時(shí)刻和(t+△t)時(shí)刻振子運(yùn)動(dòng)速度的大小相等.方向相反.則Δt一定等于T/2的整數(shù)倍 D.若t時(shí)刻和(t+△t)時(shí)刻振子運(yùn)動(dòng)位移的大小相等.方向相同.則△t一定等于T的整數(shù)倍 C.若△t=T/2.則在t時(shí)刻和(t-△t)時(shí)刻彈簧的長(zhǎng)度一定相等 D.若△t=T.則在t時(shí)刻和(t-△t)時(shí)刻振子運(yùn)動(dòng)的加速度一定相同 解析:若△t=T/2或△t=nT-T/2.(n=1.2.3....).則在t 和(t+△t)兩時(shí)刻振子必在關(guān)于干衡位置對(duì)稱的兩位置.這兩時(shí)刻.振子的位移.回復(fù)力.加速度.速度等均大小相等.方向相反.但在這兩時(shí)刻彈簧的長(zhǎng)度并不一定相等(只有當(dāng)振子在t和(t-△t)兩時(shí)刻均在平衡位置時(shí).彈簧長(zhǎng)度才相等).反過(guò)來(lái).若在t和(t-△t).兩時(shí)刻振子的位移和速度均大小相等.方向相反.則△t一定等于△t=T/2的奇數(shù)倍.即△t=(2n-1)T/2(n=1.2.3-).如果僅僅是振子的速度在t 和(t+△t).兩時(shí)刻大小相等方向相反.那么不能得出△t=(2n一1)T/2.更不能得出△t=nT/2.根據(jù)以上分析.A.C選項(xiàng)均錯(cuò). 若t和(t+△t)時(shí)刻.振子的位移.速度等均相同.則△t=nT(n=1.2..3-).但僅僅根據(jù)兩時(shí)刻振子的位移相同.不能得出△t=nT.所以B這項(xiàng)錯(cuò).若△t=T.在t和(t+△t)兩時(shí)刻.振子的位移.回復(fù)力.加速度.速度等均大 小相等方向相同.D選項(xiàng)正確. 查看更多

 

題目列表(包括答案和解析)

某同學(xué)想“探究影響彈簧振子周期的因素”,以下是他探究彈簧振子的周期T與振子質(zhì)量m關(guān)系的實(shí)驗(yàn).取一根輕彈簧,上端固定在鐵架臺(tái)上,下端系一金屬小球,讓小球在豎直方向離開(kāi)平衡位置(在彈性限度范圍內(nèi))放手后,小球在豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(此裝置也稱為豎直彈簧振子),他在只改變小球質(zhì)量的情況下,多次換上不同質(zhì)量的小球,測(cè)得六組比較理想的周期T與小球質(zhì)量m的數(shù)據(jù),并標(biāo)在以m為橫坐標(biāo),T2為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)紙上,即圖中用“×”表示的點(diǎn).請(qǐng)你協(xié)助他完成以下幾個(gè)問(wèn)題:
(1)請(qǐng)你進(jìn)行一下合理地猜想,影響彈簧振子周期的因素有哪些(至少寫(xiě)出兩個(gè))?
彈簧的勁度系數(shù)、振子的質(zhì)量
彈簧的勁度系數(shù)、振子的質(zhì)量

(2)他探究“彈簧振子的周期T與振子質(zhì)量m關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)采用一種主要的實(shí)驗(yàn)方法是:
B
B

A.比較法      B.控制變量法
C.替代法      D.模擬法
(3)根據(jù)圖中給出的數(shù)據(jù)點(diǎn)作出T2與m的關(guān)系圖線.
(4)假設(shè)圖中圖線的斜率為b,寫(xiě)出T與m的關(guān)系式為(用題中所給的字母表示)
T=
bm
T=
bm
,由此得到有關(guān)彈簧振子周期與質(zhì)量間關(guān)系的結(jié)論是:
彈簧振子的周期與振子質(zhì)量的平方根成正比
彈簧振子的周期與振子質(zhì)量的平方根成正比

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(選修3-4)
(1)下列關(guān)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)和簡(jiǎn)諧機(jī)械波的說(shuō)法正確的是
BD
BD
.(填入選項(xiàng)前的字母,有填錯(cuò)的不得分)
A.彈簧振子的周期與振幅有關(guān)
B.橫波在介質(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)本身的性質(zhì)決定
C.在波傳播方向上的某個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度就是波的傳播速度
D.單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)媒質(zhì)中一點(diǎn)的完全波的個(gè)數(shù)就是這列簡(jiǎn)諧波的頻率
(2)如圖所示,扇形AOB為透明柱狀介質(zhì)的橫截面,圓心角∠AOB=60°.一束平行于角平分線OM的單色光由OA射入介質(zhì),經(jīng)OA折射的光線恰平行于OB.
①求介質(zhì)的折射率.
②折射光線中恰好射到M點(diǎn)的光線
不能
不能
(填“能”或“不能”)發(fā)生全反射.

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某同學(xué)在進(jìn)行“研究彈簧振子的周期和小球質(zhì)量的關(guān)系”課題實(shí)驗(yàn)時(shí),用如圖1甲所示裝置進(jìn)行了如下的試驗(yàn):讓彈簧振子穿過(guò)一光滑的水平橫桿,在彈簧振子的小球上安裝一枝筆,下面放一條紙帶,當(dāng)小球振動(dòng)時(shí),垂直于振動(dòng)方向以恒定的加速度拉動(dòng)紙帶,加速度的大小為a,這時(shí)筆在紙條上畫(huà)出如圖1乙所示的一條曲線,請(qǐng)根據(jù)圖乙中所測(cè)得的長(zhǎng)度S1、S2,寫(xiě)出計(jì)算彈簧振子振動(dòng)周期的表達(dá),T=
 

換用不同質(zhì)量的小球?qū)嶒?yàn),分別得到彈簧振子小球的質(zhì)量與振動(dòng)周期丁對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù),如下表:
次    數(shù) 1 2 3 4 5
小球質(zhì)量m/kg O.05 0.10 O.15 O.20 0.25
振動(dòng)周期T/s O.50 O.70 0.86 1.01 1.11
T2
s2
0.25 0.49 O.74 1.02 1.23
根據(jù)上表數(shù)據(jù),為直觀反應(yīng)T與m研間的關(guān)系,請(qǐng)?jiān)趫D2的方格坐標(biāo)紙中選擇適當(dāng)?shù)奈锢砹拷⒆鴺?biāo)系,并作出圖線.從圖線可以得到該實(shí)驗(yàn)中彈簧振子振動(dòng)的周期與小球質(zhì)量的關(guān)系式是
 

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一彈簧振子的位移y隨時(shí)間t變化的關(guān)系式為y=0.1sin2.5πt,位移y的單位為m,時(shí)間t的單位為s.則(  )

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宇航員在繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的空間站內(nèi)研究處于完全失重狀態(tài)下彈簧振子的周期T與振子質(zhì)量m的關(guān)系.
身邊的器材有:彈簧、完全相同的螺帽若干個(gè)、天平、秒表、刻度尺、溫度計(jì)等.
(1)宇航員利用上述器材中的螺帽和彈簧連接組成彈簧振子,為完成實(shí)驗(yàn),還應(yīng)從中選擇的一個(gè)器材是
秒表
秒表

(2)某次實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)記錄如下表:
螺帽的數(shù)量n(個(gè)) 1 2 3 4 5
30次全振動(dòng)的時(shí)間t(s) 13.40 19.20 23.21 26.83 30.01
振動(dòng)周期T(s) 0.45 0.64 0.77 0.89 1.00
為了得出T與m的關(guān)系,他先研究T與n的關(guān)系,并采用作圖的方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).他以螺帽的個(gè)數(shù)n為橫坐標(biāo)得出一條傾斜直線,那么他是以
T2
T2
為縱坐標(biāo)的.由表中數(shù)據(jù),在圖示坐標(biāo)系中作出該直線.
(3)根據(jù)作出的圖線,得出T與n的關(guān)系式為T(mén)=
T=
0.2n
T=
0.2n
(s).若每個(gè)螺帽的質(zhì)量用m0表示,則T與m的關(guān)系式為T(mén)=
0.2m
m0
0.2m
m0
(s).
(4)若用一未知質(zhì)量的物體做振子時(shí),測(cè)得周期為1.26s,則該物體質(zhì)量為
7.94
7.94
m0

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